Радиационный баланс деятельной поверхности

Радиационным балансом деятельной поверхности называется разность между всеми приходящими на эту поверхность и уходящими от нее потоками лучистой энергии.

Если поверхность горизонтальна, то к приходной части баланса относятся прямая радиация S^`, приходящая на горизонтальную поверхность, рассеянная радиация D и встречное излучение атмосферы Е_а.

Расход радиации слагается из отраженной коротковолновой R_к, длинноволнового излучения деятельной поверхности Е_з и отраженной от нее части встречного излучения атмосферы R_д. Приходные части потоков считаем положительными, а расходные – отрицательными.

Баланс длинноволновой радиации можно записать так:

В_д = δЕ_а – Е_з.

Баланс коротковолновой радиации выражается так:

В_к = S^` + D – R_к.

где δ – относительный коэффициент излучения;

S^` - прямая радиация;

D – рассеянная радиация;

R_к – отраженная радиация;

δЕ_а – поглощенная часть встречного излучения атмосферы;

Е_з – земное излучение;

А – альбедо земли.

Учитывая, что Q = S^` + D, а А = R_к /Q, получим

В_к = S^{`</sup> + D – А/Q = S<sup>`} + D – А(S^` + D);

В_к = (S^` + D) (1-А).

Уравнение полного радиационного баланса деятельной поверхности:

В = В_д + В_к = (S^` + D) (1-А) – Е_эф ,

где Е_эф = Е_з - δЕ_а.

Радиационный баланс представляет собой фактический приход или расход лучистой энергии на деятельной поверхности, от которой зависит, будет ли происходить ее нагревание или охлаждение. Если приход лучистой энергии больше ее расхода, то радиационный баланс положителен и поверхность нагревается. Если же приход меньше расхода, то радиационный баланс отрицателен и поверхность охлаждается. От величины радиационного баланса зависит тепловой режим не только почвы или водоема, но и прилегающих к ним слоев атмосферы. На величину радиационного баланса влияют высота Солнца, продолжительность солнечного сияния, характер и состояние деятельной поверхности, замутненность атмосферы, содержание в ней водяного пара, облачность.

Природа парникового эффекта, его глобальные экологические и социальные следствия

Климат Земли, который зависит в основном от состояния его атмосферы, на протяжении геологической истории периодически изменялся: чередовались эпохи похолодания, когда значительные территории суши укрывались ледниками, и эпохи потепления (кстати, мы живем именно в эпоху потепления, если растаяли большие ледниковые щиты в Еврази и Северной Америке). И в последнее время ученые-метеорологи бьют в набат: сегодня атмосфера Земли разогревается намного быстрее, чем когда-либо в прошлом.

По данными ООН, с конца XIX к началу XXI ст. глобальная температура на земном шаре повысилась на 0,6 °С. Средняя скорость повышения глобальной температуры до 1970 г. составляла 0,05 °С за 10 лет, а в последние десятилетия она удвоилась.

За последние 120 лет содержание СО₂ в воздухе увеличился на 17 %. В земной атмосфере углекислый газ действует как стекло в теплице или парнике: он свободно пропускает солнечные лучи к поверхности Земли, но удерживает ее тепло. Это вызывает разогревание атмосферы, известное как парниковый эффект. По расчетам ученых, в ближайшие десятилетия из-за парникового эффекта среднегодовая температура на Земле может повыситься на 1,5-2 °С.

Атмосфера благодаря водяному пару, углекислому газу и озону задерживает большую часть излучения деятельной поверхности. В то же время на относительно свободно пропускает к земной поверхности коротковолновую солнечную радиацию. Такое свойство атмосферы называют оранжерейным (парниковым) эффектом.

В чем же состоит опасность парникового эффекта? Расчеты и моделирование на ЭВМ свидетельствуют: повышение среднегодовой температуры вызывает изменения таких важнейших климатических параметров, как количество осадков, облачный покров, океанические течения, размеры полярных ледяных шапок. Внутренние районы континентов станут суше, а побережье – более влажным, зима будет коротче и теплее, а лето – длиннее и жарче. Основные климатические зоны в северном полушарии сместятся на север приблизительно на 400 км. Это обусловит потепление в зоне тундры, таяние полярных ледяных шапок. В средних широтах, то есть в главных «хлебных» районах (Украина, Черноземная Россия, Кубань, «зерновые штаты» США), климат станет полупустынным, и урожаи зерна резко сократятся.

Глобальное потепление приведет к таянию ледников Гренландии, Антарктиды и гор, уровень Мирового океана повысится на 6-10 м, при этом будет затоплено около 20 % площади суши, где сегодня живут сотни миллионов людей, расположены города, фермы, сады и поля.

Ученые не пришли к единой мысли о том, при котором повышении среднегодовой температуры могут произойти эти отрицательные для человечества явления: одни метеорологи считают критическим значение 2,5 °С, другие - 5 °С.

В последнее время тревога ученых из-за парникового эффекта еще более усилилась. Оказалось, что, кроме углекислого газа, парниковый эффект вызывают также некоторые другие газы, такие как метан, оксиды азота, фреоны - содержание которых в атмосфере из-за деятельности человека растет.

Моделью парникового эффекта в масштабах планеты может служить климат на Венере. Ее плотная (более 9 тыс. кПа возле поверхности) атмосфера, которая на 98 % состоит из углекислого газа, за счет этого явления накалена до температуры 500 °С (при такой температуре железо становится красного цвета).